Le Laboratoire d’ingénierie des systèmes accélérateurs et des hyperfréquences regroupe les compétences du SACM en conception et réalisation des structures électromagnétiques à haute fréquence et leur mise en œuvre avec une instrumentation appropriée. Il compte, fin 2015, 18 ingénieurs et 5 techniciens.

Les activités du laboratoire concernent principalement le développement des structures hyper-fréquence pour les accélérateurs de particules utilisés en physique (quadripôle à radiofréquence, cavités supraconductrice, coupleurs de puissance et d’évacuation des modes harmoniques supérieurs), ainsi que leurs outils de qualification (sources de puissance RF et leurs instrumentations associées). Il assure également la gestion de certains des moyens communs du SACM qui lui sont rattachés, à savoir les plateformes d’essais RF SupraTech-CryoHF et la nouvelle plateforme 352 MHz. Toutefois, ces activités peuvent également s’étendre à d’autres domaines d’application comme les antennes pour l’imagerie médicale par résonance magnétique à haut champ.

Dans ses missions, le LISAH s’appuie notamment sur des expertises internes à l’Irfu en sciences des matériaux, génie des procédés, construction mécanique et assurance qualité. Il met ses compétences au service des projets de l’Irfu, soit en prenant en charge la responsabilité d’un lot complet, soit en fournissant une expertise technique.

Le Laboratoire d’intégration et de développement des cavités et des cryomodules regroupe les compétences du SACM en recherche sur les cavités accélératrices supraconductrices et en intégration des cryomodules. Le LIDC2 met ses compétences au service des projets de l’Irfu. Il conduit la R&D nécessaire au développement des cavités tant d’un point de vue des matériaux (multicouches, polissage) que des surfaces (électropolissage vertical et rinçage à haute pression). Il participe à la conception et au développement des cryomodules pour des accélérateurs nationaux (Spiral2) ou internationaux (XFEL, ESS, etc.). Il prend en charge leur intégration dès le prototypage. Il assure aussi la gestion des moyens communs du SACM qui lui sont rattachés tels que les salles blanches, l’installation de traitement chimique, les laboratoires de caractérisation des matériaux et les halls de montage.

Les 18 ingénieurs et 11 techniciens assurent au fonctionnement du laboratoire et aux avancées des projets.

 

Chargé de répondre aux besoins des physiciens de l’Irfu dans le domaine des champs magnétiques, le Laboratoire d’études des aimants supraconducteurs est constitué, fin 2015, de 7 techniciens, 20 ingénieurs et 1 étudiant en thèse. Les équipes du laboratoire assurent la conception et la maîtrise d'œuvre d'aimants supraconducteurs intégrés à des dispositifs expérimentaux, et notamment des aimants de grande taille ou à champ magnétique élevé.

Dans le cadre de la conception des aimants supraconducteurs, le Léas exerce ses compétences dans les domaines de l’optimisation de la géométrie des bobines, de la conception du conducteur, des calculs mécaniques, électromagnétiques et thermiques, et de leur protection en cas de retour des aimants à l’état résistif. Outre la conception des aimants, le Léas est aussi en mesure d'assurer le management de grands projets, de prendre en charge la réalisation des aimants et leur intégration dans leur cryostat et d'assurer le suivi des réalisations industrielles spécifiques. Le contrôle des aimants est assuré en collaboration avec le LCSE. Les mesures nécessaires couvrent les analyses des essais à température ambiante et cryogénique avec, entre autres, les analyses de quench et les mesures magnétiques.

Les grands projets terminés récemment, tels que le dipôle Glad du spectromètre pour R3B, dont l’achèvement est prévu prochainement, où le solénoïde de l’imageur Iseult, permettent, en fonction de leurs besoins, de mener à bien la R&D qui maintient les compétences du Léas à leur meilleur niveau.

De plus, des besoins en forts champs magnétiques apparaissent aussi bien dans les laboratoires tels que le LNCMI (Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses) de Grenoble ou en vue des futurs accélérateurs circulaires tels que FCC (Future Circular Collider) du Cern. Ces besoins ne peuvent être satisfaits qu’en utilisant le Niobium étain (Nb3Sn), voire les supraconducteurs à haute température critique (HTS) à base de terre rares.

Ces matériaux font l’objet d’une R&D active depuis quelques années.

Finalement, le di-borure de magnésium (MgB2), qui pourrait à terme concurrencer économiquement le niobium titane (NbTi) fait lui aussi l’objet de développements importants.

La mission du Laboratoire de Cryogénie et des Station d’Essais est la maîtrise de la cryogénie à l’usage de la physique dans les domaines des aimants supraconducteurs, des cavités accélératrices, des détecteurs de physique (cibles cryogéniques, calorimètres) et de la production et distribution d’hélium liquide.

Cette maîtrise s’exerce dans la capacité à concevoir, construire et faire fonctionner des installations cryogéniques de taille et de nature très variées. Les fluides utilisés dans nos systèmes sont l’hélium I et II, l’azote, l’argon ou l’hydrogène. Les études et réalisations portent principalement sur les cryostats et la cryodistribution associée, ainsi que sur la mise en œuvre des moyens de réfrigération à basse température allant du cryogénérateur au réfrigérateur à hélium de forte puissance (« cryoplant »). Les principaux développements technologiques sont axés sur l’amélioration des modes de refroidissement et de maintien aux basses températures (optimisation des liens thermiques, intégration de boucle de refroidissement ou de cryogénérateur). Ils concernent aussi la mise au point et l’intégration de cibles cryogéniques en hydrogène liquide ou solide, pour la physique nucléaire.

Pour ses développements et les demandes des projets, le laboratoire gère plusieurs stations d’essais et de caractérisation qui forment un ensemble de 16 équipements complémentaires permettant de déterminer les propriétés mécaniques, thermiques et électriques de divers matériaux (isolants, composites, alliages métalliques et supraconducteurs) aux températures cryogéniques, sous fort courant et sous champ magnétique, et de tester, dans leurs conditions nominales, des sous-ensembles cryogéniques complets (cryostats d’aimants, cryomodules…) ou leurs composants de base (masse froide de bobines, cavités RF, instrumentation…), dans des tailles allant de quelques millimètres à plusieurs mètres.

Des actions de R&D plus spécifiques sont menées sur les transferts thermiques à basse température (hélium II en milieu poreux, Pulsating Heat Pipe en azote, refroidissement par simple conduction), sur les écoulements diphasiques (thermosiphon en hélium I, en azote…) et sur la thermohydraulique lors de quench dans les aimants.

Le laboratoire compte, fin 2015, 15 ingénieurs dont 1 thésard et 13 techniciens.

 

Le Laboratoire d’études et de développement pour les accélérateurs regroupe les compétences du SACM en conception, réalisation et tests de systèmes de production, de transport, d’accélération et de caractérisation de faisceaux de particules chargées à haute intensité ou à haute énergie.

Constitué, au 31 décembre 2015, de 22 ingénieurs, 7 techniciens, 1 étudiant en thèse et 1 élève ingénieur en alternance, le Léda comprend :

? Une équipe dexperts en modélisation des faisceaux appliquée aux accélérateurs linéaires ou circulaires, en présence d’effets collectifs tels que la charge d’espace ou les champs de sillage, et en calculs électromagnétiques appliqués aux systèmes électrostatiques, magnétostatiques et radiofréquence.

? Une équipe technique maîtrisant les aspects d'installation, de montage mécanique et de refroidissement d'accélérateurs.

? Une équipe dexpérimentateurs spécialistes dans la mise en oeuvre, le fonctionnement et l’optimisation de sources et d’injecteurs.

? Une équipe d'expérimentateurs experts dans la mesure des paramètres du faisceau impliquant la réalisation et la mise en œuvre de diagnostics innovants.

Pour préparer l’avenir, le Léda est engagé dans la construction d'un accélérateur pour la recherche en physique nucléaire (Fair), dans les projets de sources de neutrons Ifmif et Saraf, dans la conception du quadripôle à radiofréquence pour le projet ESS, dans l’exploration des bases théoriques et des techniques de la prochaine génération d’accélérateurs de particules (HiLumi LHC, FCC, Clic), et dans l’étude de l’accélération laser-plasma (projet Cilex). Dans la période 2013-2015, un important programme de R&D a été réalisé sur les sources d’ions grâce au développement de la source Alisés 2 et dans le domaine des diagnostics faisceau, avec le développement d’un émittancemètre innovant.

Durant cette période, le Léda a également développé ses plateformes technologiques par la réalisation du laboratoire DIagnostics, Vide, Assemblage (Diva), l’amélioration du Banc d’Étude et de Test des Sources d’Ions (Betsi) et la préparation du démarrage de l’Injecteur de Protons à Haute Intensité (Iphi). Ces développements ont été financés en partie par la région Ile-de-France.

 

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